采用时间序列泊松回归分析天津市大气污染物对心脑血管疾病死亡的急性影响*

王德征，江国虹，顾清，张辉，徐忠良、宋桂德，张颖、沈成凤

采用时间序列泊松回归分析天津市大气污染物对心脑血管疾病死亡的急性影响*

王德征，江国虹**，顾清，张辉，徐忠良、宋桂德，张颖、沈成凤

目的：了解天津市大气污染物对居民心脑血管疾病死亡的急性影响，探索早期预警方法，为心脑血管疾病的预防控制提供依据。

方法：采用天津市疾病预防控制中心收集的居民全死因监测数据， 气象资料和大气污染物资料来源于天津市气象局和天津市环境监测中心。采用时间序列的泊松回归GAM进行天津市每日大气污染物与居民心脑血管疾病死亡危险度分析， 同时控制气象因素、长期趋势、星期几效应以及人口数等混杂因素的影响，进行单污染物和多污染物分析。

结果：单因素GAM分析显示大气中SO2、NO2、PM10效应在当日达到最大，风险RR值分别增加1.13% [95%CI（0.76～1.51） %]、 0.78% [95%CI（ 0.41～1.15）%]和 0.61% [95%CI（0.51～0.71）%]；SO2、NO2、PM10日均浓度每升高10 µg/m3，0～5日后心脑血管疾病死亡的风险RR值分别增加0.70% [95%CI（0.47～0.94）]%， 0.51% [95%CI（0.27～0.74）%]和 0.16% [95%CI（0.06～0.27）%]；多因素分析显示，SO2、NO2、PM10日均浓度每增加10 µg/m3，心脑血管疾病死亡的风险RR值分别增加0.77% [95%CI（0.58～0.97）%]，0.41% [95%CI（0.05～0.78）%]和 0.38% [95%CI（0.12～0.64）%]。

结论：天津市大气污染物能增加人群心脑血管疾病死亡风险，可能对心脑血管疾病急性发作起到诱导作用，有必要开展大气污染物治理，建立预警系统，合理分配卫生资源，降低心脑血管疾病死亡危害。

心脑血管疾病；死亡率；广义可加模型; 大气污染物; 急性影响

Methods: The Mortality for patients with cardio cerebral vascular disease from 2001-01 to 2009-12 was from Tianjin Centers for Disease Control and Prevention, the meteorological and air pollution data were from Tianjin meteorological bureau and Tianjin environmental monitoring station respectively. The Single and multiple generalized additive model (GAM) extended poisson regression analysis was performed to calculate the relationship between air pollution and cardio-cerebral vascular disease mortality by controlling the time trends, weather, the day of week and air population.

Results: Results: Single GAM analysis indicated that when the effect of SO2, NO2and PM10in the air reached the maximum in the day, the RR values for the mortality in patients with cardio-cerebral vascular disease increased 1.13%

[95%CI (0.76-1.51)%], 0.78% [95%CI ( 0.41-1.15)%] and 0.61% [95%CI ( 0.51-0.71)%] respectively; when the average concentration of SO2, NO2and PM10 increasing 10μg/m3per day, after 0-5 days, the RR values for the mortality elevated 0.70% [95%CI (0.47-0.94)%], 0.51% [95%CI (0.27-0.74)%] and 0.16% [95%CI (0.06-0.27)%] respectively. Multiple GAM analysis presented that when SO2, NO2and PM10increasing 10 μg/m3per day, the RR values for the mortality elevated 0.77% [95%CI (0.58-0.97)%], 0.41% [95%CI (0.05-0.78) %] and 0.38% [95%CI (0.12-0.64%)%] respectively. Conclusion: The air pollution could increase the mortality risk in patients with cardio-cerebral vascular disease, it is necessary to establish the prevention system in order to decrease the mortality risk in those patients.

(Chinese circulation Journal, 2014,29:453.)

在全球范围内， 60%的由心脑血管疾病导致的负担都发生在发展中国家[1]。我国城市和农村冠心病在全死因顺位中居第三或第四，脑卒中在全死因顺位中居第二或第三[2]，是导致我国居民死亡的主要原因之一。心脑血管疾病是一种多因素疾病，是遗传因素和环境因素共同作用的结果[3]，特别是随着工业化、城市化和人口快速增长，人类活动导致的环境变化特别是可吸入颗粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（ NO2）、一氧化碳（CO） 、臭氧（O3）等的增加对心脑血管疾病发病、死亡的影响已引起人们广泛关注。天津市是典型的北方工业城市, 探讨大气污染物对天津市居民心脑血管疾病死亡的急性影响，探索早期预警方法，为心脑血管疾病的预防控制提供依据。

1 材料和方法

材料：采用2001-01-01至2009-12-31天津市疾病预防控制中心所收集的天津市居民全死因监测数据。心脑血管疾病诊断分类按照“疾病和有关健康问题的国际统计分类 （ICD） ”：ICD-9: 390-459；ICD-10: I00-I99。以实际死亡日期为分析时间点。采用天津市气象局和天津市环境监测中心收集的天津市同时段气象指标（包括每日平均温度、平均相对湿度、平均大气压、平均风速等，以及大气污染物资料包括8个国控测点的可吸入颗粒物PM10、SO2及NO2的每日平均值，每日24小时24次监测值的算术平均值）。对大气污染物资料、气象资料中的缺失值，采用前后各两天数值的中位数为缺失值当天的数值，缺失值填补比例分别为0.06%和0.91%。

统计方法：统计软件为SPSS11.5软件和SAS8.1。对于总人口来说，每日心脑血管疾病死亡为小概率事件，作为一种时间序列资料，其实际分布近似泊松分布。应采用时间序列的泊松回归广义可加模型（GAM）。具体模型为:

[Yi ：观察日；i 当天的死亡人数， E（ Yi ） ：观察日i日死亡数的预期值；α：截距；X：对应变量产生线性影响指示变量；β：通过回归模型估计的指示变量系数： f ：非参数自然三次光滑样条函数；Z ：对应变量发生非线性影响的变量，∑：加和]。

通过拟合单因素GAM并进行偏差性检验，同时考虑气象因素、人口结构、星期几效应以及长期趋势等混杂因素，分析大气单污染物对心脑血管疾病死亡的影响，并用相对危险度（RR）评价危害的大小。考虑到污染物对人体危害可能的滞后效应，选取迟滞日（滞后天数）1～5天，分析大气污染物对心脑血管疾病死亡影响的变化情况。为检验模型的稳定性,采用广义交叉确认（ GCV） 法进行不同统计学模型的拟合优度检验[4]。

对单因素分析有意义、相对危险度较大且模型拟合优度较好的污染物、滞后天数等，并考虑可能的混杂因素，建立共同拟合多因素GAM，并进行偏差性检验和拟合优度检验。

以2000年世界标准人口计算年龄、性别标化死亡率，采用趋势卡方检验对心脑血管疾病的年死亡率进行趋势分析。

采用Spearman等级相关分析大气污染物、气象因素指标与心脑血管疾病死亡的相关性。

2 结果

2001～2009年天津市每日心脑血管疾病死亡、气象因素和大气污染物浓度分布：心脑血管疾病死

亡、气象因素和大气污染物日间分布存在明显的周期性（圆分布检验，P＜0.01），且均不符合正态分布（P＜0.05）。2001～2009年天津市每日中位心脑血管疾病死亡数为77例；气象因素中，中位气温、湿度、气压、风速分别为16 ℃、69 %、1 015 hPa、10 Km/h；大气污染物中的SO2、NO2和PM10中位浓度分别为4.90 10 µg/m3、 4.68 10 µg/m3和10.32 10 µg/m3。表1

2001～2009年天津市每日心脑血管疾病死亡数与气象因素和大气污染物因素Spearman相关分析：SO2、NO2每日浓度同心脑血管疾病每日死亡数间呈正相关（r 分别为0.479、0.250），差异有统计学意义（ P＜0.01）；PM10每日浓度同心脑血管疾病每日死亡数间呈负相关（r=-0.023），但差异无统计学意义（ P=0.182）。每日气象因素中，每日温度、每日湿度与心脑血管疾病每日死亡数呈负相关（r 分别为-0.572和-0.164），差异有统计学意义（ P＜0.01）；每日气压、每日风速与心脑血管疾病每日死亡数呈正相关（r 分别为0.479和0.063），差异有统计学意义（P＜0.01）。同时每日大气污染物、气象因素内部及相互之间呈现不同程度的相关关系，具体结果见表2。

表1 2001～2009年天津市每日心脑血管疾病死亡例数、气象因素和大气污染物浓度分布

表2 2001～2009年天津市每日心脑血管疾病死亡数与气象因素和大气污染物因素Speaman相关分析

大气污染物对不同迟滞日心脑血管疾病死亡的单因素GAM分析：经过可能的混杂因素调整后大气污染物日均浓度对当日及不同滞天数的心脑血管疾病死亡的泊松回归GAM分析显示: SO2、NO2、PM10日均浓度每升高10 µg/m3，对心脑血管疾病死亡的风险在当日达到最大，其RR值及95%可信区间分别增加 1.13% [95%CI（0.76～1.51 ） %]、0.78% [95%CI（ 0.41～1.15）%]和 0.61% [95%CI（0.51～0.71）%]； 5日后SO2、NO2、PM10日均浓度每升高10 µg/m3，心脑血管疾病死亡的风险RR值分别增加0.70% [95%CI（0.47～0.94 ） %], 0.51% [95%CI（0.27～0.74）%]和 0.16% [95%CI（0.06～0.27）%]，其滞后作用随着时间延长而逐渐减小。表3

大气污染物及相关因素对心脑血管疾病死亡的多因素GAM分析：由污染物对心脑血管疾病死亡影响的单因素分析，选取当日（Lag0）SO2、NO2、PM10及可能的混杂因素进行多因素泊松GAM分析，SO2、NO2、PM10日均浓度每增加10 µg/m3，心脑血管疾病死亡的风险RR值及95% IC 分别增加0.77%（0.58～0.97）%，0.41% （0.05～0.78）%和 0.38%（0.12～0.64）%。与此同时，低温、低气压是当日（Lag0）心脑血管疾病死亡的危险因素（P＜0.05）; 随着每年人口数的增加，心脑血管疾病死亡数也在增加，P=0.0000。结果见表4。

表3 大气污染物对不同迟滞日心脑血管疾病死亡的单因素GAM分析

表4 大气污染物及相关因素对心脑血管疾病死亡的多因素GAM分析

3 讨论

本研究结果表明，天津市2001至2009年SO2、NO2和PM10平均水平，高于国家环境空气质量标准[5]二级水平，其中NO2平均水平低于北京和上海，SO2平均水平高于北京和上海，PM10平均水平在上海和北京之间[6]。天津市心脑血管疾病死亡、大气污染物和气象因素日间分布存在明显的相关性，低气温能增加心脑血管疾病死亡的风险。Scarborough 等[7]对英格兰1999～2004年冠心病死亡数据的分析表明，人群冠心病的死亡率随着温度的降低和日照时间的缩短而增加。此前关于天津市心脑血管病死亡周期性的时间序列分析[8]也表明，冠心病、脑卒中死亡率在冬季，特别是1月份呈现高水平。天津市四季分明, 采暖期污染物的水平明显高于非采暖期污染物水平。Choi等[9]研究认为大气污染物与心脑血管疾病的关系, 必须要考虑气象因素的影响，其中对血压产生影响的大气污染物因季节不同而不同, 在夏季主要是PM10和NO2, 而在冬季则是SO2和O3。

本研究大气污染物单因素分析与许多研究结果相似，多因素分析模型同时引入各污染物，危险度分析结果稳健[10,11]。

许多研究认为大气污染物对人体健康的急性影响存在滞后效应 ，Analitis等[12]对欧洲29个城市的Meta分析结果说明大气污染物对心脑血管系统疾病的滞后效应可能比对呼吸系统疾病明显。本研究选取了大气污染物当日及滞后1～5天的心脑血管疾病数据进行分析，结果显示心脑血管疾病死亡的滞后作用随着时间延长而逐渐减小。

目前，大气污染物对人体心血管系统的影响和机制研究是初步的和很不深入的。有研究表明，大气污染物对心血管系统健康的影响中, 氧化应激和炎性反应是至关重要的, 可以引起动脉粥样斑块、血管内皮、血小板和心律的变化[13]，大气污染物暴露会损伤微血管功能，进而引起NO介导的交感神经兴奋[14]。提示大气污染物可能对心血管病急性发病起到诱导作用。

综上所述，本研究发现SO2、NO2和PM10日平均浓度短期升高是人群心脑血管疾病死亡的危险因素，有必要开展大气污染物治理，合理分配卫生资源，降低心脑血管死亡危害。

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A Time-series Study for Acute Effect of Air Pollution on Mortality in Patients With Cardio-cerebral Vascular Disease in Tianjin City

WANG De-zheng, JIANG Guo-hong, GU Qing, ZHANG Hui, XU Zhong-liang, SONG Gui-de, ZHANG Ying, SHEN Cheng-feng. Tianjin Center for Diseases Control and Prevention, Tianjin (300011), China

Objective: To explore the acute effect of air pollution on mortality for patients with cardio cerebral vascular disease and to provide the basis for disease prevention and control.

Cardio-cerebral vascular disease; Mortality; Generalized additive model; Air pollution; Acute effect

2013-09-16）

（助理编辑：曹洪红）

国家973计划课题（2011CB503801）

300011 天津市，天津市疾病预防控制中心

王德征 主治医师 硕士 主要从事慢性病流行病学 Email：wangdezheng1001@163.com**为共同第一作者 通讯作者：顾清

Email：guqing315@126.com

R541

A

1000-3614（2014）06-0453-05

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.06.015